تجهیزات13- پالس اکسي متري از راه دور
مانيتورينگ پالس اكسي‌متري به روش راديوتله متري
از اواسط قرن هجده ميلادي، اندازه‌گيري غيرتهاجمي و مانيتورينگ اكسيژن شرياني با استفاده از پالس اكسيمتر (SPO2) بسيار رايج شد. با پيشرفت روز به روز فن‌آوري در اين زمينه يكي از شگفت‌انگيزترين پيشرفت‌ها كه همانا پالس اكسي‌متري بي‌سيم است، به ظهور رسيد. همزمان با موفقيت در استفاده از پالس اكسيمتر در مرابت‌هاي پزشكي انساني پيشرفت ناگهاني در استفاده از پالس اكسيمتر در حيوانات نيز صورت گرفت. البته اين تحقيقات به دليل عدم توانايي در مانيتور كردن SPO2 حيوانات در حال حركت از طريق سنسورهاي متصل به بدن حيوان تا مدتي متوقف شود. به همين دليل تلاش‌هاي بسيار زيادي براي ساخت تجهيزات راديو تله متري به ويژه براي مانيتورينگ الكتروكارديوگرام، فشار خون، دما و حركت بدن صورت گرفت. تا قبل از اين تحقيقات هيچ‌گونه وسيله‌اي براي مانيتور كردن ميزان اكسيژن در حيوانات در حال حركت وجود داشت. ابتدا اين تحقيقات منجر به ايجاد تجهيزات راديوتله متري 8 كاناله براي ثبت بيوپتانسيل‌هاي گوناگون براي مطالعه سيستم تنفسي در حين خواب شد. براي ادامه تحقيقات از 10 بره شامل 6 بره با دوره كامل بارداري (2+-145 روز) و 4 بره با دوره ناقص بارداري (132 روز) استفاده شد. بره‌هاي با دوره بارداري ناقص به منظور آزمايش روش جديد پالس اكسي‌متري بي‌سيم در ثبت SPO2 با توجه به آپنه خود به خودي مشاهده شده در آنها مورد بررسي قرار گرفتند. تمام سيستم پالس اكسي‌متري بي‌سيم از ماژول پالس اكسيمتر OEM كه ميانگين زمان محاسبه SPO2 در آن 4 ثانيه است، تشكيل شده است. بخش بي‌سيم توسط يك مبدل فركانس راديويي (f) و يك گيرنده راه‌اندازي مي‌شود كه بر روي ماژول پالس اكسيمتر OEM تأثير منفي نمي‌گذارد. به علاوه يك واحد پردازشگر اطلاعات و يك ژنراتور شكل موج خروجي آنالوگ نيز در اين سيستم وجود دارد. بلوك دياگرام سيستم در شكل (1) نمايش داده شده است. ماژول مبدل داراي طول موج 105 نانومتر و پهناي باند 37mm با ضخامت 20 ميلي‌متر و وزن 50 كيلوگرم است و شامل ماژول پالس اكسيمتر OEM و مبدل rf است. اتصال‌هاي خارجي براي باطري و سنسورهاي پالس اكسيمتر در نظر گرفته شده است. توان دستگاه توسط يك باطري سبك قابل شارژ تأمين مي‌شود كه داراي طول 83 mm، پهناي 32mm، ضخامت 5mm و وزن 30 kg است. LEDهاي قرمز و مادون قرمز موجود در سنسور مستقيماً توسط ماژول پالس اكسيمتر راه‌اندازي مي‌شوند. اين ماژول علاوه بر اين تمام اندازه‌گيري‌ها و محاسبات لازم براي به دست آوردن SPO2، نرخ ضربان قلب و مقادير پالس پلتيسموگراف را انجام مي‌دهد. تمام اين مقادير از طريق يك bps سريال 9600 آ سينكرون انتقال داده مي‌شوند. SPO2 و نرخ ضربان قلب به نسبت 3:1 و پلتيسموگراف با سرعت 75 منتقل مي‌شوند. تمام اطلاعات به صورت بي‌سيم و با استفاده از مبدل شيفت فركانسي FSK انتقال داده مي‌شود. اطلاعات سريال به منظور تنظيم فركانس انتقال و ايمني در برابر نويز در ميزان خاصي نگه داشته مي‌شود. بخش گيرنده نيز به همين صورت ساخته شده است. گيرنده جهت دريافت سيگنال‌هاي rf تا فاصله 5/7 متر دورتر از مبدل طراحي شده است. در نهايت كليه اطلاعات مربوط به SPO2، نرخ ضربان قلب و پلتيسموگراف بر روي نمايشگر نشان داده خواهد شد. اين اطلاعات با كمك يك مبدل آنالوگ به ديجيتال 12 بيتي DAC فراهم مي‌شود و از يك فيلتر پايين گذر نيز عبور داده مي‌شد. آزمايش پالس اكسيمتر بي‌سيم طي دو مرحله صورت گرفته است. در آزمايش‌هاي اوليه، مقادير SPO2 به صورت همزمان هم از طريق پالس اكسيمتر بي‌سيم (sattel) و هم از طريق پالس اكسيمتر بي‌سيم (sattel)و هم از طريق پالس اكسيمتر استاندارد (satsta) كه امروزه به طور گسترده از آنها استفاده مي‌شود، از سه بره گرفته شد. بلافاصله پس از اين آزمايش هر بره تحت تزريق كتامين (mg/kg10) و ميدازولام (mg/kg1/0) قرار گرفت. بره‌ها سپس در جايي راحت خوابانده شدند. از دو سنسور انعطاف‌پذير ايده‌آلي كه خمير خاصي براي چسباندن آنها برروي دم بره به كار برده شده بود، براي ثبت spo2 استفاده شد. اندازه‌گيري sattel و satsta در حالت‌هاي مختلف اكسيژن‌رساني شامل نورموكسي (21/0=Fio2 )، هايپوكسي متوسط (15/0=Fio2) و هايپوكسي شديد (21/0=Fio2) مورد مقايسه قرار گرفتند كه در اين حالت‌ها ميزان spo2 به دست آمده مقداري بين 60 تا 100% را به خود اختصاص داد. در نهايت به مدت 10 دقيقه به صورت پيوسته ثبت spo2 صورت گرفت و در حالي كه Fio2 مقادير مختلفي داشت، spo2 اندازه‌گيري شد. تحليلگر O2 (تحليلگر FC-ibo2) نيز به منظور مانيتور كردن O2 دم مورد استفاده قرار گرفت. از الكترودهاي سوزني زير پوستي به منظور ثبت الكتروكارديوگرام استفاده شد. اكسيژن اشباع شده در خون، شكل موج پالس‌ها و نرخ ضربان قلب نيز از طريق هر دو پالس اكسيمتر ثبت شدند و در سيستم‌هاي قابل مقايسه PC ذخيره شدند. مرحله دودم آزمايش به منظور بررسي اينكه آيا پالس اكسيمتر بي‌سيم توانايي مانيتورينگ spo2 را در بره‌هايي كه آزادانه حركت مي‌كنند دارد يا خير صورت گرفت. پالس اكسيمتر بي‌سيم به صورت جداگانه بر روي سه بره مورد آزمايش قرار گرفت. به علاوه sattel در چهار بره آزاد و در حال حركت در حين ثبت پلتيسموگراف با استفاده از تجهيزات رايج راديوتله متري مانيتور شد. اين تجهيزات داراي 8 كانال است كه شامل 4 كانال براي پلتيموگرام، الكتروكارديوگرام، فلوي هواي دمي و الكتروكار انسفالوگرام است و 4 كانال ديگر به منظور ثبت فعاليت‌هاي الكتريكي عضلات تنفسي طراحي شده‌‌اند. 4 بره دو تا سه روز قبل از اينكه ثبت‌ها صورت گيرد تحت عمل جراحي قرار گرفتند. شكل (2) نحوه اتصالات تجهيزات تله متري و نمايش‌دهنده‌ها را نشان مي‌دهد. در سري اول آزمايش‌ها، sattel و satsat در فواصل 1 ثانيه‌اي در حالت ايستا مورد مقايسه قرار گرفتند. در مرحله بعد مقايسه‌ها در شرايط عدم وجود نويز حركتي در هر دو شكل موج ثبت شده از پالس اكسي‌مترها و در فواصل 5 بيت در دقيقه بين نرخ ضربان قلب‌هاي ثبت شده توسط هر پالس اكسيمتر و الكتروكارديوگرام‌هاي سوزني در فاصله 30 ثانيه‌اي صورت گرفتند.
آناليز رابطه بين sattel و satsal ابتدا با توجه به ثبت‌هاي ساده صورت گرفته انجام شدند. سپس تطابق بين دو پالس اكسيمتر از طريق تحليل نمودار Bland-Altman انجام شد. با توجه به ويژگي‌هاي كلي پالس اكسيمتر كه منجر به از دست دادن دقت آنها در ثبت مقادير SPO2 كمتر از 80% مي‌شود، اين تحليل‌ها در دو مرحله صورت گرفت كه مربوط به مقادير بين 80%تا 100% و مقادير بين 60 تا 79% است. در مرحله دوم آزمايش‌ها، درصد زمان صرف شده براي تغيير كردن شكل موج‌هاي پلتيسموگراف مورد محاسبه و مقايسه قرار گرفتند. در نهايت تعداد مقادير اشتباه محاسبه شده sattel كه همزمان با تغيير كردن شكل موج پلتيموگراف اتفاق افتاده بود و تعداد مقادير صحيح محاسبه شده sattel مورد مقايسه قرار گرفتند.
در نهايت پس 2131 بار مقايسه مقادير spo2 در محدوده 60 تا 100% كه از سه بره ثبت شده بودند، مشخص شد كه مقادير spo2 به دست آمده از پالس اكسيمتر بي‌سيم تا حد بسيار زيادي با مقادير به دست آمده از پاكس اكسيمتر استاندارد مطابقت داشته است. شكل (3) مقايسه بين مقادير به دست آمده از اين دو پالس اكسي متر را به خوبي نشان مي‌دهد. تحليل تطابق بين مقادير اين دو پالس اكسيمتر از طريق منحني Bland-Altman صورت گرفته است كه درصد اختلاف بين sattel و sattel را 48/0-% نشان مي‌دهد و 95 درصد مقادير با يكديگر كاملاً مطابقت داشته‌اند. البته spo2 در محدوده 80 تا 100 درصد داراي اختلافي در حد 3/3درصد و در محدوده بين 60 تا 79درصد اختلافي در حد 1/5درصد داشته است كه شكل (4) نمودار اختلاف و تطابق اين مقادير را نشان مي‌دهد. براي مقايسه منحني‌هاي پلتيموگراف حدود 6/26 ساعت ثبت بر روي سه بره از طريق پالس اكسيمتر بي‌سيم انجام شد. و در مرحله بعد حدود 22 ساعت ثبت بر روي 4 بره توسط پالس اكسيمتر بي‌سيم و تجهيزات استاندارد و رايج ثبت پلتيسموگراف انجام شد. حالت‌هاي فعال و حالت‌هاي استراحت در هر 7 بره از روي اطلاعات الكتروانسفالوگرام بر روي منحني‌ها مشخص شدند. شكل موج‌هاي پلتيموگراف در مقادير 86 درصد كاملاً طبيعي بودند. بنابراين امكان مقايسه و اعتبارسنجي اين مقادير به ويژه در هنگامي بره‌ها در حالت خوابيده قرار داشتند و يا زماني كه خواب بودند، وجود نداشت. اندازه‌گيري spo2 معمولاً در حين غذا دادن يا هنگام حركت دادن دم امكان‌پذير نيست. بنابراين در چنين مواقعي spo2هاي ثبت شده مقادير قابل اطميناني ندارند. چيزي در حدود 177 آپنه در حين 19 ساعت ثبت پلتيموگراف در بره‌هاي با دوره ناقص بارداري مشاهده شد و 4 آپنه نيز در 3 ساعت ثبتي كه بر روي بره‌هاي با دوره كامل بارداري انجام شده بود مشاهده شد. كاهش چشمگير spo2 (بيش از 4%) در 67درصد موارد آپنه كاملاً مشخص است و كمترين مقدار Spo2 به دست آمده در حين آپنه برابر با 5+88 در هنگام خواب كامل و 10+82 در هنگام خواب سبك و 7+86درصد در هنگام خواب آرام است. مثالي از آپنه خود به خودي در شكل (5) نمايش داده شده است. پس از مقايسه پالس اكسيمتر استاندارد به اين نتيجه رسيدند كه تفاوت بين مقادير ثبت شده در اين دو دستگاه كمتر از 0/5درصد است. به علاوه براي spo2 در محدوده‌هاي 100%-80 و 79%-60 تطابقي در حدود 95% بين دو پالس اكسيمتر است. اين دستگاه براي نخستين بار براي بررسي آپنه در بره‌ها مورد استفاده قرار گرفت، اما در آينده بسيار نزديك با ايجاد تغييرات اندك مي‌توان از اين تجهيزات در زمينه ثبت مقادير spo2 و پلتيموگراف انسان نيز استفاده كرد.
منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۷۵